再生粗骨料取代率對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

1、第9卷第3期 建 筑 材 料 學(xué) 報(bào) V01.9,No.3 2006年6月 JOURNAL oF BUlLDING MATERIALS Jun.,2006文章編號:10079629(200603029705再生粗骨料取代率對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響李佳彬, 肖建莊, 黃健(同濟(jì)大學(xué)建筑工程系,上海200092摘要:通過試驗(yàn)室條件下371塊立方體試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),研究了再生粗骨料取代率分 別為0,30%,50%,100%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)的混凝土抗壓強(qiáng)度的變異特性及概率分布特征.基 于試驗(yàn)數(shù)據(jù),得到了不同再生粗骨料取代率混凝土抗壓強(qiáng)度的均值、方差和變異系數(shù);采 用正態(tài)分布模型對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的分布進(jìn)行了

2、檢驗(yàn);利用MonteCarlo模擬方法 對根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到的分布規(guī)律進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證.研究結(jié)果表明,再生混凝土抗壓強(qiáng)度 的變異系數(shù)與普通混凝土差別不大;可以用正態(tài)分布模型描述再生混凝土抗壓強(qiáng)度的概 率分布.最后根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和貝葉斯估計(jì)結(jié)果,建議了C30再生混凝土抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn) 差取值.關(guān)鍵詞:再生混凝土;抗壓強(qiáng)度;變異特征;概率分布中圖分類號:TU528.041文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AInfluence of Recycled Coarse Aggregate Replacement Percentages on Compressive Strength of ConcreteL1Jiabin,XIAO

3、 Jianzhuang,HUANG Jian(Department of Building Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,ChinaAbstract:In this paper 371cube specimens of recycled aggregate concrete with 0,30%,50%and 100%recycled coarse aggregate replacement percentages were fabricated and tested under labora toryconditions.And

4、then the mean values,the standard deviations as well as the coefficients of variation of compressive strength were calculated.Normal model was used to describe the distri butions for the compressive strength;and the Monte-Carlo simulation technique was performed tO study the suitability of the distr

5、ibution for the compressive strength.It is found that the statisti cal properties for the compressive strength of recycled aggregate concrete do not differ greatly from that of normal concrete.Finally,based on the statistical analysis and the results of Bayes estimations,the standard deviations for

6、the compressive strength of C30recycled aggregate con crete are proposed.Key words:recycled aggregate concrete; compressive strength;variation chara亡teristics;proba bility distribution再生混凝土技術(shù)具有顯著的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益,通常被認(rèn)為是發(fā)展綠色生態(tài)混凝土的主要收稿Et期:2005一0418;修訂日期:2005一06一06基金項(xiàng)目:上海市科學(xué)技術(shù)委員會資助項(xiàng)目(02DZl2104作者簡介:李佳彬(1978,男

7、,河北獻(xiàn)縣人,同濟(jì)大學(xué)碩士。通訊聯(lián)系人.298建筑材料學(xué)報(bào) 第9卷措施之一1.近年來,我國許多專家學(xué)者開始關(guān)注該領(lǐng)域的研究,并取得了一些重要成果2.但是總 體而言,許多方面的研究尚有待進(jìn)一步展開.混凝土抗壓強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù)(均值i標(biāo)準(zhǔn)差和變異系 數(shù)和概率分布是混凝土結(jié)構(gòu)可靠性分析與安全性評價(jià)的基礎(chǔ).對于再生混凝土而言,由于再生粗 骨料的隨機(jī)性與變異性較天然粗骨料大,其抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特征可能與普通混凝土有所差異.本文以 C30混凝土為研究對象,研究了試驗(yàn)室條件下不同再生粗骨料取代率再生混凝土抗壓強(qiáng)度的變異 特性和概率分布規(guī)律,并建議了C30再生混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的取值.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.1試驗(yàn)原材料與

8、配合比水泥為海螺牌32.5R普通硅酸鹽水泥;砂為普通黃砂;天然粗骨料為連續(xù)級配的碎石;再生粗 骨料由某機(jī)場跑道同一路段廢棄混凝土加工而成,質(zhì)量較為均勻,其基本性能詳見文獻(xiàn)31.共設(shè)計(jì)了4種再生粗骨料取代率(r,質(zhì)量分?jǐn)?shù):0,30%,50%和100%,各混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度 等級均為C30.再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)考慮了再生粗骨料較高吸水性能,用有效水灰比(質(zhì)量比 進(jìn)行調(diào)整H,即混凝土的用水量由兩部分組成:一部分是按照普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法計(jì)算出的 用水量,稱為拌和水(mixing water,這部分水用來完成水泥的水化反應(yīng);另一部分稱作附加水(ad ditional water,其作用是為了補(bǔ)償再

9、生粗骨料的吸水量,這部分水不參加水泥的水化反應(yīng),其用量 根據(jù)再生粗骨料的自然干燥吸水率(或者稱為有效吸水率確定.同時,為了使再生混凝土達(dá)到與普 通混凝土相近的抗壓強(qiáng)度,對再生混凝土的有效水灰比進(jìn)行了調(diào)整.本文采用的再生混凝土的配合 比為以往試驗(yàn)中得到的優(yōu)化配合比4,詳見表1.表1再生混凝土的配合比及其坍落度Table 1Mix proportions and slumps of recycled aggregate concreteRC一00.430430555l 295RC一300.3930474523855RC一500.3950474511596RC一1000.3510052946901.

10、2混凝土的制作與養(yǎng)護(hù)混凝土拌和物的攪拌采用容量為50L的攪拌機(jī)完成,攪拌完畢后立即測其坍落度,坍落度數(shù) 值見表1.之后將混凝土拌和物注入尺寸為100mmX i00mmX i00mm的鋼模,在振動臺上振動 成型,2024h后拆模,然后送入養(yǎng)護(hù)室,在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至28d取出進(jìn)行試驗(yàn).共制作了371塊試塊,其中r=O的試塊75塊,r一30%的試塊100塊,r一50%的試塊98塊,r=100%的試塊98塊.所有試塊均為同一批澆注完成.1.3試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)方法試驗(yàn)設(shè)備為長春產(chǎn)YE一2000型萬能材料試驗(yàn)機(jī),最大荷載為2000kN.試驗(yàn)按照普通混凝 土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50081-2002

11、進(jìn)行.2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果直方圖各組混凝土試塊抗壓強(qiáng)度(已考慮了尺寸換算系數(shù)0.95分布的直方圖見圖1(其中:竹i為抗壓 強(qiáng)度區(qū)間Di上的數(shù)據(jù)個數(shù).根據(jù)直方圖可以初步認(rèn)為各再生粗骨料取代率下再生混凝土的抗壓第3期 李佳彬等:再生粗骨料取代率對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 299強(qiáng)度服從正態(tài)分布.3l 3335373941434547Compressive strength/MPaCompressive sUength/MPa 圖1再生混凝土抗壓強(qiáng)度分布的直方圖Fig.1Histograms for the distribution of compressive strength of

12、 recyeled aggregate concrete2.2抗壓強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)5計(jì)算出各組混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù),包括抗壓強(qiáng)度中位值7。,抗壓強(qiáng) 度fc。的均值p,cu、標(biāo)準(zhǔn)差盯,cu、變異系數(shù)啦。,見表2.表2各組再生混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù)Table 2Statistical parameters for the compressive strength of recycled aggregate concrete由表2可見,與普通混凝土相比,各再生粗骨料取代率下再生混凝土抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)差別 不大,表明再生粗骨料含量對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的變異性影響不大.2.3抗壓強(qiáng)

13、度的概率分布特征檢驗(yàn)假設(shè)各組混凝土抗壓強(qiáng)度服從正態(tài)分布,結(jié)合表2中各組混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù),本 文用Pearson z2擬合優(yōu)度檢驗(yàn)法6進(jìn)行檢驗(yàn).對于正態(tài)分布模型,原假設(shè)為H。:fc。N(p,礦. 表3給出了再生骨料取代率r一100%時的檢驗(yàn)過程(其中:Pi為Di上的概率;咒為總數(shù)據(jù)個數(shù), 表4給出了各組混凝土抗壓強(qiáng)度分布的檢驗(yàn)結(jié)果.表3r=100%再生混凝土抗壓強(qiáng)度正態(tài)分布礦檢驗(yàn)計(jì)算表Table 3釅test for the normal distribution of compressive strength of recycled aggregate concrete(,=100

14、%由表4的檢驗(yàn)結(jié)果可以得出:在顯著性水平a一0.05時,不能拒絕原假設(shè),即可認(rèn)為各再生粗 骨料取代率下混凝土的抗壓強(qiáng)度服從正態(tài)分布.2.4抗壓強(qiáng)度分布的隨機(jī)模擬為了進(jìn)一步考察正態(tài)分布模型對于描述再生混凝土抗壓強(qiáng)度概率分布特征的適用性,采用300建筑材料學(xué)報(bào) 第9卷 MonteCarlo方法71對各再生粗骨料取代率下再生混凝土抗壓強(qiáng)度分布進(jìn)行了模擬,步驟如下:首先生成一組(1000個介于0到1的隨機(jī)數(shù)r。(概率,然后令式(1中的概率函數(shù)F(xi分 別等于%據(jù)此可求出每一個抗壓強(qiáng)度zi,從而實(shí)現(xiàn)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的MonteCarlo隨機(jī)模 擬.F(x。一I,(zdx (1. ” , c 。 1廠

15、z2兩e 2弓cu 式中:廠(z為混凝土抗壓強(qiáng)度的概率密度函數(shù). 模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比如圖2所示.由圖2可見,模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,表明可 以用正態(tài)分布模型來描述再生混凝土抗壓強(qiáng)度的概率分布特征.圖2再生混凝土抗壓強(qiáng)度分布模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比Fig.2Comparisons between experimental and simulated results ofcompressive strength for recycled aggregate concrete3C30再生混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的取值建議第3期 李佳彬等:再生粗骨料取代率對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 301用Bayes

16、估計(jì)方法曲1對C30再生混凝土抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行了估計(jì).在進(jìn)行參數(shù)的Bayes估計(jì) 之前,必須知道待估參數(shù)的先驗(yàn)分布.文獻(xiàn)E4的試驗(yàn)結(jié)果表明,中低強(qiáng)度再生混凝土的破壞機(jī)制與 普通混凝土基本相同,因此可認(rèn)為采用C30普通混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的分布規(guī)律作為再生混凝 土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的先驗(yàn)分布是合理的.為了獲得C30普通混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的分布規(guī)律, 筆者對1980年以來大量混凝土預(yù)制廠的C30普通混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,詳 見文獻(xiàn)9.統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:C30普通混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差服從正態(tài)分布,概率密度函數(shù)丌(盯為 咖,一去e一等 式中:標(biāo)準(zhǔn)差盯的均值/1。一4.31MPa,標(biāo)準(zhǔn)差6

17、r的標(biāo)準(zhǔn)差6r,一1.1141MPa.根據(jù)上述分析,取再生混凝土抗壓強(qiáng)度的概率密度函數(shù)為壹“,1,z.f(x I盯一(而1e一丁 (4 故再生混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的后驗(yàn)分布為加m一(去一e掣去e一等 采用最大后驗(yàn)估計(jì)方法,即通過求(5式的極值點(diǎn)得到C30再生混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的 Bayes估計(jì)值,計(jì)算結(jié)果詳見表5.由表5可見,不同再生粗骨料取代率下混凝土 抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)結(jié)果有一定的差異,但是考 慮到混凝土攪拌站可能的實(shí)際情況以及與C30普 通混凝土相銜接,本文建議C30再生混凝土抗壓強(qiáng) 度標(biāo)準(zhǔn)差也取為5.o MPa,即與C30普通混凝土相 同.值得注意的是,這個結(jié)果僅適用于再生粗骨料來

18、 源相同且質(zhì)量較為均勻的情況.對于再生粗骨料來 表5C30再生混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的Bayes估計(jì)結(jié)果 Table 5Estimation results for the standard deviation of the compressive strength for C30recycled aggregate concrete源不同的情況,需要增大該值n 0I,這有待于進(jìn)一步研究.4結(jié)論與建議 、再生粗骨料取代率對混凝土抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)影響不大,各再生粗骨料取代率下混凝土抗 壓強(qiáng)度的變異系數(shù)均與普通混凝土接近;當(dāng)顯著性水平a一0.05時,可以用正態(tài)分布模型描述各再 生粗骨料取代率下混凝土抗壓強(qiáng)度的概率分布規(guī)律;C30再生混凝土抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差可以取為 5.0MPa;對于再生粗骨料來源不同及性能差異較大的情況,有待于進(jìn)一步研究.參考文獻(xiàn):孫振平,譚國強(qiáng),王新友.再生混凝土技術(shù)J.混凝土,1998,(5:3640.肖建莊,李佳彬,蘭 陽.再生混凝土技術(shù)研究最新進(jìn)展與評述口.混凝土,2003,(10:1720,57.李佳彬,肖建莊,孫振平.再生粗骨料基本特性及其對混凝土性能的影響J.建筑材料學(xué)報(bào),2004,7(4:390一395.肖建莊,李佳彬,孫振平,等.再生混凝土抗壓強(qiáng)度研究J.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)